Los 13 misterios inexplicables

Desde hace milenios el hombre trata de utilizar la tecnología y los avances científicos para dar respuesta a algunas de las incógnitas de este planeta y el espacio que nos rodea. La revista 'New Scientist' ha recopilado los 13 misterios que, a día de hoy, siguen provocando quebraderos de cabeza a la comunidad científica internacional.

# 1. El efecto placebo.
Pongamos un caso ficticio, el del paciente X. Varias veces al día, durante varios días, se le provoca dolor, que se controla con dósis de morfina. Hasta el último día del experimento. Esas 24 horas, sin que el señor X lo sepa, la morfina se sustituye por una solución salina absolutamente inócua. Parece increíble, pero dicha solución tiene el mismo efecto que la morfina y el dolor desaparece.

Es lo que se conoce como el efecto placebo. Antes de la llegada de los fármacos en el siglo XX, era el arma más potente de la Medicina contra la enfermedad. Excremento de cocodrilo, aceite de gusano, sangre de lagarto y hasta ser tocado por el Rey eran medicinas usadas entre el siglo XVI y el XIX. Desde la publicación, en 1955, del libro The Powerful Placebo de H.K. Beecher, se reconoció que el 35% de los pacientes con una amplia variedad de enfermedades podría ser tratada sólo con placebo. En estudios posteriores, se ha visto que puede funcionar en el 70% e, incluso, del 100% de los casos.

Nadie sabe todavía qué mecanismos intervienen en el efecto placebo. Algunos estudios sobre el dolor sugieren que reduce la ansiedad y facilita la liberación de endorfinas (sustancias químicas naturales parecidas a los narcóticos) en el cerebro, aunque son hipótesis todavía no confirmadas.

# 2. El problema del horizonte.
Nuestro Universo es extraordinariamente homogéneo, y la temperatura de la radiación de fondo es la misma en cualquier dirección que observemos. El hecho de que la temperatura sea homogénea no sería sorprendente de no ser porque entre los dos extremos del Universo hay una distancia de casi 2.800 millones de años luz, mientras que la edad del Universo es 'sólo' de unos 1.400 millones de años. Teniendo en cuenta que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz y la hipótesis de que hubo un instante inicial o big bang, el interrogante es: ¿cómo es posible que regiones físicamente desconectadas desde el "principio" del Universo estuviesen en estados físicos tan parecidos?

Esto es lo que se conoce como el 'problema del horizonte', uno de los mayores quebraderos de cabeza de los cosmólogos, que siguen sin dar con la solución.

# 3. Rayos cósmicos ultra-energéticos

Los rayos cósmicos son partículas que llegan desde el espacio y bombardean constantemente a la Tierra desde todas direcciones. La mayoría de estas partículas son núcleos de átomos o electrones. Algunas de ellas son más energéticas que cualquier otra partícula observada en la naturaleza. El misterio está en su alta energía. La teoría especial de la relatividad de Einstein dice que cualquier rayo cósmico que llegue a la Tierra desde fuera de nuestra galaxia habrá sufrido tantas colisiones que el máximo posible de energía que puede tener es 5 × 1019 eV.

Los rayos detectados desde hace una década por el observatorio japonés de Akeno están muy por encima de ese límite, con lo cual o los datos -tomados en diferentes ocasiones y siempre parecidos- están mal, o Einstein se equivocó.

# 4. Los resultados de homeopatía de Belfast

En 1810 el médico alemán Christian Friederich Samuel Hahnemann publicaba el "Organon, el arte de curar", piedra angular de la homeopatía. El principal fundamento de la teoría se define en la ley de los similares (homeo- es el prefijo griego que designa igualdad) por la que una enfermedad se cura con la misma sustancia tóxica que la produce —de ahí que se llame ley de los similares-, pero a dosis infinitesimales. Los homeópatas disuelven esos venenos en etanol —lo que llaman tintura madre- y la diluyen en agua sucesivas veces, no importa cuantas, según ellos el remedio se "imprime" en las moléculas de agua. Tales disoluciones son la parte controvertida de la disciplina, puesto es posible que a esas concentraciones no haya ni una sóla molécula del principio activo en la solución homeopática. Sin embargo su efecto ha sido demostrado en numerosos estudios y se estima que un 15% de los médicos occidentales siguen esta línea.

Madeleine Ennis, farmacóloga de la Queen’s University de Belfast, ha sido siempre el azote de los homeópatas. Asegura que, a esas concentraciones, en los remedios homeopáticos no hay más que agua, por lo que químicamente no tiene sentido que funcionen. Sin embargo en su estudio más reciente Ennis y su equipo se llevaron un "pequeño" chasco: descubrieron que soluciones ultradiluidas de histamina funcionaban en un experimento con basófilos, unas células sanguíneas que actúan en la inflamación. La solución homeopática en la que probablemente no había ni una sola molécula de histamina funcionaba realmente como la histamina. Aunque Ennis se ha visto incapaz de explicar el porqué del efectivo funcionamiento y sigue mostrándose escéptica, ha asegurado que si los resultados son reales y la homeopatía no actúa como un placebo, habría que reescribir parte de los fundamentos de la física y de la química.

# 5. La materia oscura

No todo lo que existe en el universo es visible. Los astrónomos pueden detectar objetos que emiten o absorber luz o cualquier otro tipo de radiación electromagnética o que interactuan gravitatoriamente con otros objetos que podamos detectar .El término "materia oscura" alude a esta materia cuya existencia no puede ser detectada mediante procesos asociados a la luz, es decir, no emiten ni absorben radiaciones electromagnéticas.

Determinar cuál es la naturaleza de la materia oscura y en qué cantidad existe es el llamado ‘’problema de la materia oscura’’ o ‘’problema de la masa desaparecida’’, y es uno de los problemas más importantes de la cosmología moderna. La cuestión de la existencia de la materia oscura puede parecer irrelevante para nuestra existencia en la tierra, pero, el hecho de que exista o no la materia oscura, afecta el destino final del universo.

# 6. Metano en Marte

El 20 de julio de 1976 Gilbert Levin, uno de los ingenieros a cargo de las misiones de la NASA al planeta Marte, vio que la Viking que orbitaba el planeta rojo había encontrado emisiones de carbono-14 que contenían metano en el suelo del planeta, por lo que la conclusión debía ser obvia y muy relevante: hay vida en Marte.

Algo está ingiriendo los nutrientes, los está metabolizando, y después los expulsa a la atmósfera en forma de gas mezclado con carbono 14. Sin embargo, la NASA no se atrevió a afirmar con rotundidad el descubrimiento, porque otro instrumento de la Viking, diseñado para identificar moléculas orgánicas consideradas esenciales símbolos de vida no encontró nada, así que casi todos los científicos de la NASA decidieron declarar el hallazgo de la Viking un "falso positivo". Pero , ¿lo era?

A día de hoy, los argumentos a favor y en contra siguen dividiendo a los científicos, aunque es cierto que los rovers que estudian el planeta rojo desde hace un año han encontrado pruebas de los descubrimientos de la Viking.

# 7. Tetraneutrones

Hace cuatro años, en un acelerador de partículas de Francia detectaron seis partículas que no deberían existir. Las llamaron 'tetraneutrones': cuatro neutrones unidos entre sí de una forma que desafía las leyes de la física.

Francisco Miguel Marquès ay sus colegas del acelerador de Ganil, en Caen, llevan desde entonces tratando de conseguri el efecto otra vez, pero hasta ahora no lo han logrado. Si lo repiten, estos 'racimos' de átomos podrían obligar a los científicos a reconsiderar las fuerzas que mantienen unido el nucelo de los átomos.

# 8. La anomalía de las Pioneer

Esta es la historia paralela de dos naves espaciales. Una, la Pioneer 10, fue lanzada en 1972; la Pioneer 11 un año después. Ahora mismo, ambas deben estar en el espacio profundo, alejadas de la vista de cualquier ingenio humano, aunque sus trayectorias son demasiado fascinantes como para ignorarlas.

Y es que hay algo que ha estado 'empujando' a las dos naves, provocando que aumenten su velocidad. La aceleración es pequeña, menos de un nanometro por segundo, pero es lo suficiente para hacer sacado a la Pioneer 400.000 kilómetros de su trayectoria inicial. La NASa perdió contacto con la Pioneer 11 en 1995, pero todo hace indicar que podría estar 'sufriendo' el mismo proceso que su hermana gemela, y estaría muy fuera de su rumbo en algún lugar del espacio. ¿Y qué causa este desvío? Por el momento, nadie lo sabe.

# 9. La energía oscura

Este es uno de los mayores problemas de la física. En 1998, un grupo de astrónomos descubrió que el universo se está expandiendo a más velocidad que nunca. Esto siginifica que la velocidad a la que una galaxia distante se aleja de nosotros aumenta con el tiempo.De ser correcta esta teoría, el resultado último de esta tendencia sería la imposibilidad de seguir viendo cualquier otra galaxia. Esta nueva teoría del fin del Universo ha recibido el nombre de Gran Desgarramiento o, en inglés, Big Rip.

Es un efecto para el que todavía se investigan las causas, aunque una de las sugerencias puede ser que esté motivado por la 'energía oscura', una forma hipotética de energía que permea todo el espacio y que produce una presión negativa, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. La energía oscura puede dar cuenta del universo en expansión acelerada, así como de una significativa fracción de su masa.

# 10 El acantilado de Kuipper

SI alguien viajara a la zona del sistema solar externa a las órbitas de Neptuno y Plutón, se encontraría algo muy extraño. De repente, tras cruzar el cintutón de Kuiper -lleno de objetos pequeños como asteroides helados y cometas- no hay nada. Los astrónomos lo llaman el 'acantilado de Kuiper', porque la densidad de objetos cae espectacularmente.

La pregunta es qué ha causado este brusco cambio, y la única posible respuesta parece ser la existencia de un décimo planeta del Sistema Solar, lo suficientemente grande como para haber atraído a todos esos cuerpos hacia su órbita. De momento, sin embargo, nadie ha conseguido aportar ninguna prueba de la existencia de ese planeta X.

# 11. La señal 'wow'

La señal tuvo una duración de 37 segundos, y venía del espacio exterior. El 15 de agosto de 1977 el astrónomo Jerry Ehman, de la Universidad de Ohio State (EEUU), recibió una señal del radiotelescopio de Delaware. Al ver la transcripcción de la señal, Ehman escribió al lado la palabra 'wow1'. 28 años después, nadie ha conseguido dar una explicación a qué o quién emitió dicha señal.

La radiación provenía de la dirección de Sagitario, y de un ámbito de frecuencias de unos1420 megahertzios. Estas frecuencias forman parte del espectro de radio en el que todo tipo de transmisión está prohibida, por un acuerdo internacional. La estella más cercana en esa dirección está a unos 220 años luz, así que si la señal provenía de allí, la tuvo que causar o bien un acontecimiento astronómico de enorme potencia. ¿O quizá fue una civilización alienígena con un transmisor de gran potencia?

# 12. Constantes no tan constantes

En 1997 el astrónomo John Webb y su equipo de la Universidad de Sidney analizaban la luz que llegaba a la tierra procedente de quasars muy lejanos. En su viaje de 1.200 millones de años luz, la luz había atravesado nubes interestelares de materiales como hierro, níquel o cromo, y los investigadores descubrieron que la los átomos habían absorbido parte de los fotones de la luz procedente de los quasars, pero no los que habían esperado.

Si las observaciones son correctas, la única explicación vagamente razonable es que una constante de la física, llamada la 'fina estructura constante' o 'alpha' cambia de valor cuando pasa a través de estas nubes interestelares. Los científicos siguen investigando.

# 13. La fusión fría

En 1989 dos investigadores de la Universidad de Utah (Estados Unidos), Martin Fleischmann y Stanley Pons, desencadenaron la fusión nuclear en una probeta. Sostenían que era posible realizar procesos de "fusión fría" usando como catalizador un bloque metálico de paladio. En los siguientes 10 años, fueron miles los científicos que trataron de volver a lograr los mismos resultados, aunque sin éxito. Todavía hoy sigue la polémica, aunque son muchos los que sostienen que los resultados de Fleischmann y Pons fueron fruto de un error experimental.

fuente: http://www.elmundo.es/elmundo/2005/03/22/ciencia/1111509888.html

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La Física de la sincronización

En la naturaleza existen cientos de situaciones en la que se producen sincronizaciones espontáneas. El ritmo de los destellos luminosos de las luciérnagas, los chirridos de los grillos, los aplausos en un concierto o los latidos del corazón son solamente algunos de ellos. ¿Cómo se produce esta situación en fenómenos tan dispares? Los físicos están trabajando para desvelar la forma en que la auto-organización genera la aparición espontánea del orden a partir del caos.






















Cómo puede ser que los millones de células que conforman un corazón se contraigan y relajen al mismo tiempo, si carecen de la “inteligencia” necesaria para ello? ¿De qué forma logran sincronizar sus chirridos un grupo de grillos? ¿Cómo emerge la sincronización de cientos de aplausos en un concierto a partir de la cacofonía inicial? Durante siglos, los filósofos y estudiosos de la naturaleza se plantearon preguntas semejantes. En todos los casos mencionados, y en otros cientos de casos similares, se produce la sincronización de cientos, miles o millones de “piezas sueltas” sin que exista -al menos en apariencia- un sistema específico destinado a conseguir esa hazaña. Las células cardiacas no están conectadas a través de una red que les permita saber a cada una qué hacen sus vecinas. Los grillos son poco más que un oscilador cuya frecuencia depende de la temperatura, y al igual que las luciérnagas, carecen de la inteligencia necesaria para “acordar” con sus compañeros el ritmo de sus actividades. Y cuando 10.000 personas ovacionan al cantante de moda, no deciden -al menos conscientemente- sincronizar sus aplausos. Entonces ¿como ocurre esto?

El notable astrónomo, físico y matemático neerlandés, Christiaan Huygens (1629-1695), recordado por sus aportes a la Mecánica y la Óptica (elaboró la teoría ondulatoria de la luz) fue uno de los primeros en interesarse en el problema de la sincronización y abordarlo con las herramientas de la ciencia. En una de las paredes de su dormitorio, Huygens tenía dos relojes de péndulo que él mismo había construido. En febrero de 1665, mientras convalecía en su cuarto de una gripe, notó que los péndulos encargados de impulsar a cada uno de los relojes estaban perfectamente sincronizados. La formación física de Huygens era lo suficientemente profunda como para haber construido él mismo los relojes, así que sabía que era prácticamente imposible que ambos péndulos oscilaran de esa manera “culpa” del azar. A pesar de la fiebre y de su estado gripal, este hecho llamó profundamente su atención. Por supuesto, aunque remota, cabía la posibilidad de que efectivamente fuese solo una casualidad, así que se dedicó a mirarlos durante horas. Sin embargo, ambos relojes seguían sincronizados. Si los paraba y volvía a poner en marcha, los péndulos iniciaban su balanceo de forma desacompasada, pero al cabo de algún tiempo volvían a sincronizarse.


Huygens llegó a la conclusión que, de alguna extraña forma, ambos relojes estaban conectados. El único vínculo que existía entre ambos era, obviamente, la pared en la que estaban colgados. Como cualquier buen científico hubiese hecho, diseñó un experimento destinado a comprobar su teoría: simplemente cambió uno de los relojes a otra pared, y volvió a la cama a ver si se sincronizaban o no. Cuando al cabo de varias horas los relojes seguían marchando cada uno a su propio ritmo, Huygens supo que tenía razón: era el acoplamiento de los relojes a través de la pared lo que generaba la sincronización entre ellos.

La convalecencia de Huygens en 1665 y sus relojes de péndulo sincronizados fueron la piedra fundamental sobre la que los científicos modernos edificaron toda una rama de la Matemática aplicada y la Física llamada Teoría de los Osciladores Acoplados. Detrás de ese nombre rimbombante se esconden las ecuaciones capaces de explicar por qué actualmente la Luna, orbitando la Tierra, nos muestra siempre la misma cara (o por qué su periodo de rotación coincide con su periodo de traslación alrededor de la Tierra). Cada uno de los relojes de Huygens es un oscilador. Lo rudimentario de sus mecanismos confería a cada uno una frecuencia de oscilación ligeramente diferente, ya que dependía -entre otros factores- de los parámetros constructivos del péndulo (su peso, longitud, etc.). Cada péndulo realizaba su recorrido de ida y vuelta en un tiempo ligeramente diferente y la pared -como notó Huygens- era el medio a través del cual los relojes-osciladores estaban acoplados. La oscilación de uno de los péndulos provoca una vibración que se transmite por la pared e influye en el movimiento del otro, y viceversa. Se trata de una influencia muy sutil y que depende -entre otras cosas- de la rigidez de la pared, pero basta para que en un tiempo relativamente corto ambos osciladores se sincronicen. Cuando esto ocurre, ambos péndulos completan su recorrido de ida y vuelta en el mismo tiempo, con la misma frecuencia. Aún sin saberlo, Huygens es el responsable del láser, un artilugio en el que trillones de átomos acoplados de una forma similar a sus dos relojes de péndulo oscilan acompasadamente para emitir fotones con la misma frecuencia y fase.

















Fenómenos similares se dan todo el tiempo en la naturaleza, incluso en “dispositivos” tan complejos como los seres vivos. Este hecho, como es lógico, ha llamado la atención de los biólogos. Las luciérnagas macho poseen una especie de oscilador natural interno que les permite “encender y apagar” el proceso bioquímico que genera la luz en su abdomen. Su frecuencia depende de la interacción que se produce con los destellos de otros machos que -eventualmente- se encuentran a su alrededor. Cuando se juntan cientos o miles de estos insectos, todos logran sincronizar sus osciladores internos y emitir los pulsos de luz al mismo tiempo. Esto no es casualidad: la evolución ha “fomentado” este comportamiento porque el destello sincronizado les permite llamar la atención de las hembras a larga distancia. Simplemente, aquellos capaces de sincronizarse con el resto son los que más posibilidades tienen de enamorar a las hembras y dejar descendencia.

Animales (supuestamente) mucho más avanzados e inteligentes, como el hombre, también se encuentran sujetos a este tipo de sincronización natural. El ciclo menstrual de las mujeres, por ejemplo, se sincroniza con el de sus compañeras si pasan mucho tiempo juntas. Lo mismo ocurre con el “nado sincronizado” de los espermatozoides que avanzan hacia el óvulo, nuestras ondas cerebrales o nuestro corazón. De hecho, el del corazón es un caso realmente notable. El tejido cardíaco está formado por ciento de miles de células musculares que tienen la capacidad de oscilar. Si cada una oscilase en su propia frecuencia, el resultado sería un músculo cardíaco inmóvil (las oscilaciones individuales se cancelarían entre sí). Pero, a pesar de que cada una oscila con su propia frecuencia, tal como ocurría con los relojes de Huygens, el acoplamiento “mecánico” que existe entre unas y otras les permite sincronizar sus oscilaciones de una manera tan precisa, que podemos escuchar su oscilación colectiva como un latido perfectamente definido.

Lo más impresionante de todo este fenómeno es que resulta -desde el punto de vista matemático-, de una complejidad tal que todavía no tenemos herramientas lo suficientemente potentes o elaboradas como para simular o predecir el funcionamiento de varios osciladores acoplados. En efecto, a pesar de que las ecuaciones encargadas de describir el comportamiento de un oscilador son sencillas, la interacción entre dos o más de ellos es de una complejidad extraordinaria. En los últimos años, sin embargo, se han producido algunos avances que permiten especular con que en un lapso de tiempo razonable -una década, por ejemplo- podremos comprender cabalmente la forma en que se acoplan estos osciladores individuales. Concretamente, el trabajo de investigadores como Charles S. Peskin, Arthur T. Winfree o Yoshiki Kuramoto y los modelos de simulación mediante superordenadores han hecho que la rama de la ciencia encargada de comprender el caos haya dado algunos pasos adelante.

Un grupo de científicos de Rumania, Hungría, Francia y EE.UU. encararon resueltamente el desafío de construir un modelo matemático de la forma en que se sincronizan los aplausos de una multitud. A partir de una cacofonía inicial, los cientos de aplausos individuales de pronto se sincronizan. Ahora sabemos que el espectador actúa como un oscilador, y que está acoplado al resto de espectadores a través del oído. Como ocurre con las células cardíacas, no existe entre el público un líder que lleve la batuta, sino que la sincronización surge espontáneamente. El grupo de físicos, integrado por Z. Néda, E. Ravasz, Y. Brechet, T. Bishkek y A-L. Barabási, grabó las ovaciones de varios conciertos. Determinaron que al comienzo la mayoría de los aplausos son entusiastas, con frecuencias de palmadas altas -unas cuatro palmadas por segundo- y desincronizadas. Pasados unos pocos segundos la frecuencia de los aplausos se reduce a la mitad, y comienza la sincronización. Estudiando un fenómeno tan -en apariencia- pueril, los físicos han descubierto nuevos aspectos de la sincronización, como el citado doblamiento del periodo (o división de la frecuencia) que no se conocía anteriormente. Como siempre, la ciencia sabe con qué elementos iniciales cuenta y cuál es el rumbo que se quiere imprimir a una investigación, pero casi siempre se terminan descubriendo fenómenos insospechados. Cuando Huygens miró sus relojes en su cama de enfermo, nunca sospechó que terminaría sentando las bases que permitirían comprender la forma en que las luciérnagas emiten sus destellos. Ese es uno de los aspectos más interesantes de la ciencia.


Fuente: NeoTeo
http://www.neoteo.com/la-fisica-de-la-sincronizacion.neo

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